Chapitre 1 : Etat de l’art
1.3. La fonction de filtrage dans les télécoms
1.3.1. Principe de fonctionnement
Contrairement aux fonctions dédiées aux nœuds des réseaux, nécessitant une architecture très complexe comme nous l’avons vu précédemment, la fonction de filtrage optique au niveau de la réception n’utilise qu’une seule entrée et une seule sortie, et donc une architecture des plus simples. Par contre, l’exigence réside dans les fonctionnalités assurées par le dispositif en question, à savoir la fonction d’égalisation de l’amplitude et celle de l’accordabilité de la bande passante, cette dernière, optionnelle pour les ROADMs, devient dans ce cas nécessaire.
De plus, la fonction de filtrage en réception dans un réseau ne traite qu’une seule longueur d’onde dans le spectre, contrairement aux ROADMs qui en traitent plusieurs à la fois, par exemple en sélectionnant plusieurs longueurs d’onde de façon arbitraire. Par conséquent, un filtre en réception peut sélectionner un canal, ou dans des cas particuliers, plusieurs canaux successifs. Par contre, sa bande passante doit être accordable, de façon à offrir cette agilité. Nous allons, dans cette partie du premier chapitre, faire un petit état de l’art de la fonction de filtrage optique, présentant les technologies d’implémentation étudiées ces derniers temps. Nous verrons ensuite quelques filtres déjà utilisés en réception dans les réseaux et leurs performances, qui vont nous permettre de nous focaliser sur les points à étudier.
1.3.2. Technologies d’implémentation des filtres optiques
Etant donné la simplicité de l’architecture, un grand nombre de technologies peuvent être et sont utilisées pour l’implémentation de ces dispositifs, de l’optique intégrée à l’espace libre. Nous allons citer quelques technologies utilisées pour l’implémentation des filtres optiques, et
ensuite se focaliser sur des dispositifs particuliers. Nous retrouvons ainsi le filtre optique à réponse impulsionnelle infinie [58], celui basé sur le résonateur en anneaux [59], et sur les cavités en fente plasmonique à ouverture couplée [60]. Nous retrouvons aussi les technologies reconfigurables, comme les structures basées sur la diffusion Brillouin stimulée [61], sur les fibres à cristaux liquides [62], sur les structures photoniques en silicium [63], sur le peigne optique utilisant notamment des modulateurs de type Mach-Zehnder [64, 65] et sur les réseaux de diffraction à paroi latérale basés sur les isolateur en silicium [66], sur les cavités Fabry-Pérot à cristaux liquides [67].
D’autre part, quelques travaux ont été menés visant à adjoindre des fonctionnalités additionnelles à un filtre optique, par exemple, la reconfiguration de la bande passante et de l’espacement entre canaux sur un filtre en peigne basé sur des éléments biréfringents en espace libre [68], ou sur un ensemble d’élément à retard [69].
Notre but étant de décliner les fonctionnalités nécessaires au niveau de la réception dans un réseau, nous nous intéressons aux dispositifs de filtrage utilisés dans les réseaux actuels. Il existe trois technologies d’implémentation.
La première est la même que celle utilisée pour les WSSs utilisant les cristaux liquides sur silicium [70, 71, 72, 73]. Commercialisée par le même constructeur qui développe les WSSs, ces dispositifs se présentent sous une architecture offrant d’une part une grande agilité dans la reconfiguration des différents paramètres du filtre, et la possibilité de compenser la dispersion d’autre part (bien que la dynamique de compensation de dispersion reste faible par rapport aux récepteurs cohérents – voir chapitre 4 – qui existent actuellement). Les performances et fonctionnalités assurées par ces dispositifs seront citées ultérieurement.
La deuxième technologie utilise un filtre à réseaux de Bragg [74, 75]. Son principe de fonctionnement est illustré sur le schéma suivant,
celle de la fonction de filtrage normale, avec une longueur d’onde sur la bande utile. La seconde représente la bande totale de réjection du filtre, où se trouve toute l’information filtrée par la première sortie.
La troisième technologie utilisée est en espace libre et utilise un réseau de diffraction dans deux architectures particulières, offrant, avec une grande simplicité, une fonction de filtrage très agile d’une part, et avec de très bonnes performances d’autre part [77, 78]. La première architecture est illustrée sur la figure 1.9,
Figure 1.9. Principe de fonctionnement d’un filtre optique utilisant un réseau de diffraction combiné à un miroir triangulaire et un réflecteur dièdre
La fonction de filtrage est assurée dans ce cas par le réseau de diffraction. Un spectre multi- longueur d’onde incident sur le réseau est diffracté dans une direction spécifique relative à chacune de ses longueurs d’onde. Le mouvement horizontal du réflecteur dièdre permet de sélectionner une longueur d’onde particulière. Celle-ci sera ensuite réfléchie sur le miroir triangulaire. L’épaisseur de la portion du miroir utilisé pour réfléchir le faisceau lumineux déterminera ensuite la bande passante de la fonction de filtrage. Ainsi, un mouvement vertical de ce même miroir permet l’accordabilité de cette bande passante. La longueur d’onde
sélectionnée est ensuite acheminée vers la sortie en empruntant le trajet inverse. Par ailleurs, le faisceau lumineux fait quatre passages sur le réseau de diffraction, ce qui permet d’avoir un gabarit de la fonction de filtrage proche du gabarit rectangulaire, avec des flancs très raides. Cette architecture offre une bande utile très grande avec de très petites bandes passantes. La seconde architecture utilisant la même technologie est illustrée sur la figure 1.10,
Figure 1.10. Principe de fonctionnement d’un filtre optique utilisant un réseau de diffraction associé à un miroir triangulaire
A l’instar de la première architecture, celle-ci utilise aussi un réseau de diffraction, induisant la réflexion de chaque longueur d’onde avec un angle spécifique. En revanche, dans ce cas, c’est le miroir triangulaire qui permettra l’accordabilité de la longueur d’onde du filtre, par le biais d’un mouvement horizontal. Une fois la longueur d’onde sélectionnée, nous retrouvons le même principe de reconfiguration de la bande passante de cette fonction de filtrage, à savoir, un mouvement vertical du miroir qui déterminera quelle portion de ce dernier sera utilisée pour réfléchir le faisceau. Celui-ci sera réfléchit sur le réseau de diffraction pour être réinjecté dans la fibre. Notons que dans ce cas, le faisceau lumineux ne fait que deux passages sur le réseau de diffraction, et que par conséquent, la raideur des flancs de la fonction de filtrage n’est pas la même que pour la première architecture. De plus, les bandes passantes de ce dispositif ne sont pas aussi étroites que celles du premier, et la bande d’accordabilité n’est pas aussi large.
Description XTA-50 WSA-160 CVF-220CL BVF-220CL
Accordabilité de la longueur d’onde
Bande d’accordabilité 1450-1650nm C-L 1525-1610nm 1525-1610nm
Accordabilité de la bande passante
Bandes passantes min/max 50-800pm 0.3-60nm 0.1-15nm 0.1-15nm
Egalisation de l’amplitude o o o o
Compensation de dispersion o o o o
Définition du gabarit de la fonction o o o o
Pertes d’insertion 5 dB 6 dB 7.5 dB 8.5 dB
Description WSMS WS-100S WS-1000S WS-4000S
Accordabilité de la longueur d’onde
Bande d’accordabilité C-L C-L C-L C-L
Accordabilité de la bande passante
Bandes passantes min/max 80pm-40nm 200pm-1.6nm 80pm-40nm 80pm-40nm
Egalisation de l’amplitude o
Compensation de dispersion o
Définition du gabarit de la fonction
Pertes d’insertion 4.5 dB 6.5 dB 6.5 dB 6.5 dB
Tableau 1.3. Comparaison entre les dispositifs de filtrage utilisés en réception dans les réseaux : XTA-50 [77], WSA-160 [78], CVF-220CL [74], BVF-220CL [75], WSMS [73], WS-100S [70], WS-1000S [71], WS-4000S [72].
Disponible
Limité
o Non disponible
Notons que, comme pour la première partie, les chiffres représentatifs des performances des structures ne sont pas reportés et seront cités dans le troisième chapitre, lors de la présentation de chaque fonctionnalité.
1.3.3. Conclusion
Nous avons vu, dans cette seconde partie, les filtres optiques dédiés aux applications télécoms, et utilisés généralement en réception dans le réseau. Un petit comparatif entre les différents dispositifs implémentés par les technologies les plus matures a été fait, nous permettant ainsi de décliner les différentes fonctionnalités importantes, et les performances requises :
Une fonction de filtrage assurant la reconfiguration de la longueur d’onde centrale dans une bande utile minimale couvrant les bandes C et L.
La nécessité de reconfigurer la bande passante avec des valeurs de 0.4 et 0.8 nm. Ces deux bandes passantes étant celle des spectres WDM et DWDM, respectivement [79].
Un taux d’extinction élevé.
Une fonction d’égalisation de l’amplitude souhaitable, mais pas nécessaire.
Quelques dispositifs fournissent la possibilité de reconfiguration du gabarit de la fonction de filtrage et la compensation de dispersion. Ces deux fonctionnalités ne sont pas nécessaires à l’application du filtrage uniquement, mais offrent une plus grande liberté pour le cas des gabarits, et la possibilité de s’affranchir de dispositifs additionnels pour le cas de la compensation de dispersion.
Ces différents points nous permettront de compléter le cahier des charges, et de fixer les objectifs à atteindre dans ce travail.